JP2015530584A - 緩衝カバーを装着するための改善された手段を含む、放射性物質を搬送や保管するためのパッケージ - Google Patents

緩衝カバーを装着するための改善された手段を含む、放射性物質を搬送や保管するためのパッケージ Download PDF

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Abstract

本発明は、放射性物質を搬送や保管するためのパッケージに関する。当該パッケージは、長手方向に延びるパッケージ本体と、当該パッケージ本体の両長手端部の少なくとも一方に装着される少なくとも一つの緩衝カバーとを備えている。当該緩衝カバーは、前記パッケージ本体に対する複数の装着部(44)を備えている。当該複数の装着部(44)の各々は、前記パッケージ本体に対して螺合されるねじ要素(24)が挿通する貫通穴(58)を区画している。前記複数の装着部(44)の少なくとも一つは、変形可能領域(54)を有している。当該変形可能領域(54)は、前記ねじ要素(24)と前記貫通穴(58)の間に接触歪みを生ずる外部応力が前記緩衝カバーに加わった場合に、塑性変形するように構成されている。【選択図】図6

Description

本発明は、放射性物質(好ましくは使用済み核燃料)を搬送や保管するためのパッケージの分野に関する。使用済み核燃料の例としては、使用済み核燃料アセンブリや、ガラス固化廃棄物も挙げられる。
放射性物質を搬送や保管するために、保管「バスケット」や「ラック」と呼ばれる保管装置が慣例的に用いられる。これらの保管装置は、筒形状と円形または多角形の断面を有していることが普通であり、放射性物質を収容できる。保管装置は、パッケージのキャビティに収容されることにより、当該パッケージとともに放射性物質を密閉状態で搬送や保管するための格納容器を形成する。
前述のキャビティは、パッケージ本体により区画されていることが一般的である。パッケージ本体は、パッケージの長手軸に沿って延びる側部を含んでいる。また、パッケージ本体は、その長手方向両端に配置された底部と蓋を含んでいる。側部は、熱伝導手段および放射線保護手段に嵌合された少なくとも1つの同心金属フェルールを備えている。放射線保護手段は、キャビティに収容された放射性物質より放射された中性子に対するバリアを形成するために設けられている。他方、熱伝導手段は、放射性物質より放出された熱を格納容器の外部へ伝えることができる。その目的は、放射性物質の劣化、パッケージの構造要素を構成する材料の機械的特性や構造要素同士の接合状態(溶接、ねじ止め)の変化、あるいはキャビティ内の異常圧力上昇を引き起こすおそれのある熱的リスクを避けることにある。
また、このパッケージは、本体の両端に装着された緩衝カバーを含んでいる。その機能は、特にパッケージの底部および蓋を保護することにより、落下時においてもキャビティ内の放射性物質の密閉状態を維持することにある。
緩衝カバーをパッケージ本体に装着するために、ねじ要素が一般に設けられる。ねじ要素の例としては、カバーと一体に設けられてパッケージ本体に接触する装着部に形成された穴を貫通する装着ねじが挙げられる。装着ねじは、パッケージ本体の長手方向に延びる対応穴に螺合される。
搬送中の事故状態を模した自由落下試験の間、パッケージの緩衝カバーは、変形や横方向への変位が可能である。通常、ねじは衝撃から保護されるが、少なくとも一本のねじについて剪断破壊のリスクが存在する。その結果として、緩衝カバーが外れるおそれがある。このリスクは大きな問題である。カバーが外れてしまうと、他の規制要件を満足することが非常に困難になるからである。他の規制要件の例としては、蓋による封止が維持できなくなるパンチバーへの落下や、耐火試験などが挙げられる。一般に、耐火試験を満足するためには、耐火手段に嵌合された緩衝カバーの存在が必要とされる。
この問題を解決するために、装着ねじと貫通孔の隙間を大きくすることが考えられている。これにより、落下時に変形したカバーは、ねじを剪断することなく隙間を埋める。
しかしながら、この解決法には幾つかの短所がある。第一に、カバーの変形や変位は複雑であるため、モデリングが困難である。したがって、パッケージの落下時においてねじが確実に剪断されないようにするための隙間の寸法決めが困難である。
さらに、そのようにして決定された隙間は、非常に大きくなりがちである。これにより、ねじの頭が貫通穴の径よりも小さくなる場合がある。よって、高い曲げ応力に曝されるスラスト座金の使用が必要であり、標準的なねじ締めによる組立てを遂行できない。
カバーが外れるリスクを抑制するために、ねじの頭の径を大きくしたり、ねじの数を増やしたりする対策が考えられうる。しかしながら、当該対策は、パッケージの総重量に直接影響し、寸法に係る問題も引き起こしうる。
よって、本発明は、先行技術に係る前述の短所を少なくとも部分的に解消することを目的とする。
この目的を達成するための本発明の一態様は、放射性物質を搬送や保管するためのパッケージであって、長手方向に延びるパッケージ本体と、前記パッケージ本体の両長手端部の少なくとも一方に装着される少なくとも一つの緩衝カバーと、を備えている。前記緩衝カバーは、前記パッケージ本体に対する複数の装着部を備えている。前記複数の装着部の各々は、前記パッケージ本体に対して螺合されるねじ要素が挿通する貫通穴を区画している。
本発明においては、前記複数の装着部の少なくとも一つは、変形可能領域を有している。前記変形可能領域は、前記ねじ要素と前記貫通穴の間に接触歪みを生ずる外部応力が前記緩衝カバーに加わった場合に、塑性変形するように構成されている。
ねじの剪断に先んじて塑性変形するそのような領域を設けることにより、本発明は、貫通穴の径を大きくする必要なしに、パッケージの落下時において緩衝カバーが外れるリスクの抑制に顕著な寄与をなす。よって、従来の標準的なねじ締めによる組立てがなされうる。
また、本発明は、緩衝カバーが外れるリスクに係る問題に対する独自かつ満足のいく解決策を提供する。パッケージが落下すると、緩衝カバーに外部応力が加わる。当該応力の一成分は、当該パッケージを横切る面内に位置している。そのような成分がカバーの変形やずれを引き起こすと、変形可能領域が塑性変形を生じ、貫通穴によるねじ要素の包囲状態を維持する。結果として、少なくとも所定の接触歪みの強度範囲において、ねじ要素は剪断破壊を起こさない。
少なくとも法定の落下試験(具体的には9mの自由落下)時において経験的に得られた最大値に対応する接触歪みの強度値までは、変形可能領域の塑性変形によりねじ要素が剪断破壊しないで済むことが好ましい。すなわち、ねじ要素の剪断破壊を避けるために、変形可能領域は、そのような接触歪みの強度を吸収する塑性変形を行なうように構成されている。
前記複数の装着部の各々は、本発明に固有の解決策に適合している。これにより、緩衝カバーの衝突位置によらず、上述の恩恵を享受できる。また、緩衝カバーの変形が衝突領域を超えて十分に広がることにより、当該領域から離れた位置にあるねじ要素も剪断破壊の可能性から保護される。この効果は、複数の装着部が環状に配列された場合において特に得られる。衝撃は楕円状の変形を伴い、衝突領域の径方向反対側に配置されたねじ要素に作用するからである。
特に緩衝カバーがパッケージの長手軸を中心とする外周面を有する場合、緩衝カバーが変形やずれを生じても、ねじ要素を包囲する貫通穴に作用する応力の横方向成分の向きは「径方向」でありうる。ここで「径方向」とは、縦方向を向いたパッケージの長手軸とねじ要素の軸の間に張られる面の向きを意味する。カバーの形状や衝突の仕方によって、外部応力の横方向成分の向きが変わりうることは勿論である。
好ましくは、前記変形可能領域は、前記ねじ要素の周囲における弧状領域を延びており、前記弧状領域の少なくとも一部は、前記緩衝カバーの外側に向かって湾曲している。このように構成することにより、外部応力が緩衝カバーに加わった場合における最適な解決策を提供できる。ここで、前記弧状領域の曲率半径は、パッケージの長手軸とねじ要素の軸を通っていることが好ましい。また、前記弧状領域の中心角は、360度以下で任意に定められうる。なお、前記変形可能領域は、円形状である必要はない。例えば、直線上に延びる有底のスリットが採用されうる。この場合、スリットの両端が、弧状領域の範囲を定めることになる。
好ましくは、前記変形可能領域は、前記弧状領域において周方向に離間している複数の要素を有している。この場合、当該複数の要素の間に区画された間隙は、前記変形可能領域の塑性変形を許容する中空の空間を形成する。
本発明の好適な実施形態によれば、前記変形可能領域は、前記ねじ要素が延びる方向について、前記貫通穴の長さ寸法よりも小さな厚み寸法を有している。
前記変形可能領域は、スリットあるいは溝(変形可能領域が360度に亘って延びる場合)を区画する形状を呈している。
この場合、前記スリットあるいは溝は、前記貫通穴が開口している面において開口している。この場合においても、当該スリットあるいは溝は、前記変形可能領域の塑性変形を許容する中空の空間を形成する。
好ましくは、前記変形可能領域は、前記貫通穴を区画するジャケットを内側に支持する環形状である。当該ジャケットと当該変形可能領域の接続は、当該ジャケットの両端の一方において、あるいは当該両端の間においてなされうる。
別の好適な実施形態によれば、前記変形可能領域は、前記ねじ要素の延びる方向に沿って径方向内側に突出し、前記貫通穴の一部を区画している。好ましくは、前記貫通穴は、当該突出している部分の一部である肩部によって前記長手方向について隔てられた少なくとも二つの部分により区画される。
さらに別の好適な実施形態によれば、前記装着部は、当該装着部の両側面の一方に開口するスリットまたは溝と、当該両側面の他方に開口する凹部を備えている。当該スリットまたは溝と当該凹部は、それらの間に連結部を区画する。当該連結部は、前記ねじ要素に向かって径方向内側に突出して前記貫通穴の一部を区画している部分を、前記装着部の外側部に接続する。前記変形可能領域は、前記連結部により形成される。この場合、前記スリットまたは溝と前記凹部は、前記連結部の塑性変形を許容する中空の空間を形成する。
いずれの実施形態においても、前記ねじ要素は、前記貫通穴よりも径大の締結頭部を有していることが好ましい。これにより、従来の標準的なねじ締めによる組立てがなされうる。同じ理由により、前記変形可能領域は、前記ねじ要素の締結中においては塑性変形しないように構成されることが好ましい。
前記装着部は、前記緩衝カバーの底と一体とされていることが好ましい。前記装着部と当該カバーの底板とワンピースであってもよいし、なくてもよい。可能であれば、前記複数の装着部は、前記パッケージの長手軸を中心とするリング上に配置される。前記複数の装着部は、当該リングを機械加工することにより、当該リングと一体に形成されうる。あるいは、前記複数の装着部は、例えばねじ止めや溶接により当該リングに装着される別部品とされうる。この場合、前記複数の装着部は、当該リングの材料とは異なる材料(例えばアルミニウムやその合金)により形成されうる。
あるいは、前記装着部は、前記緩衝カバーから径方向内側あるいは外側に突出する横鍔に配置される。
なお、前記パッケージ本体は、蓋と、前記長手方向に前記蓋と離間している底部と、前記蓋と前記底部を接続している側部と、を備えている。ここで、前記ねじ要素は、前記パッケージ本体におけるこれら三つの部品のいずれにも組み付けられうる。
その他の利点や特徴は、以降の非限定的かつ詳細な説明を読むことにより明らかになるであろう。
当該説明は、以下に列挙する添付の図面を参照してなされる。
本発明の好適な実施形態に係る使用済み核燃料アセンブリを搬送や保管するためのパッケージパッケージを示す斜視図である。 図1の面Pに沿う横断面図である。 図1に示されたパッケージに嵌められる緩衝カバーの一部を拡大して示す縦断面図である。 図3に示された緩衝カバーの底部の一部を示す斜視図である。 図4に示された緩衝カバーの底部と一体にされ、装着ねじと協働する装着部を拡大して示す斜視図である。 図5の面P’に沿う断面図である。 別実施形態を示す図6の一部に対応する図である。 上緩衝カバーから落下したパッケージの一部を示す斜視図である。 図6に対応し、図7に示された落下により変形したアセンブリを示す図である。 さらに別の実施形態を示す図5と同様の図である。 図7に示された落下により変形したアセンブリにおいて、図9に示された装着部を示す上面図である。 さらに別の実施形態を示す図5と同様の図である。 本発明の好適な別実施形態に係る装着部を示す図6と同様の図である。 本発明の好適な別実施形態に係る装着部を示す図8と同様の図である。 本発明の好適なさらに別の実施形態に係る装着部を示す図6と同様の図である。 本発明の好適なさらに別の実施形態に係る装着部を示す図8と同様の図である。
まず、図1と図2を参照し、使用済み核燃料アセンブリを搬送や保管するためのパッケージを示す。
本発明に係るパッケージ1は、収容キャビティ4を区画している。収容キャビティ4の内部には、保管バスケットとも称される保管装置(不図示)が設置されている。保管装置は、燃料アセンブリを受容するように構成されている。そのセットは、使用済み核燃料アセンブリを搬送や保管するための格納容器を形成している。
パッケージ1は、縦軸6を有している。本説明を通じて、「縦」という語は、縦軸6およびパッケージ1の長手方向と平行な向きと理解されることを要する。また、「横」という語は、縦軸6と直交する向きと理解されることを要する。
パッケージ1は、収容キャビティ4を区画するパッケージ本体8を有している。パッケージ1は、底部9を備えている。保管装置は、直立位置で底部9に設置されるように構成されている。パッケージ1は、蓋11を備えている。蓋11は、パッケージ本体8の底部9とは逆の長手端に配置されている。パッケージ1は、側部10を備えている。側部10は、縦軸6の周囲を縦軸6に沿って(すなわち、パッケージ1の長手方向と平行に)延びている。よって、底部9と蓋11は、側部10の両長手端に配置されている。
底部9は、側部10の一部としてワンピースに形成されうる。これに対し、蓋11は、バスケットが出し入れされる側部10の開口を開放または封止できるように、側部10から取り外し可能とされる。
すなわち、側部10は、内側面12によって収容キャビティ4を区画している。内側面12は、略円筒形状と円形の断面を有している。内側面12は、縦軸6と一致する軸を有している。
好適な本実施形態において、側部10は、金属製の壁あるいはフェルール14を有している。フェルール14は、縦軸6と同心とされている。フェルール14は、その外側に、フィン形状の熱伝導手段16、および中性子保護手段18を保持している。中性子保護手段18は、保管装置に収容された燃料アセンブリから放射される中性子に対するバリアを形成するように構成されている。
パッケージ本体8の両長手端付近には、縦軸6と同心になるように衝撃保護リング20が嵌められている。
また、パッケージ1は、両長手端に装着された二つの緩衝カバー22を含んでいる。二つの緩衝カバー22は、長手方向に延びる複数の装着ねじ24を用いてパッケージ本体8に装着される。装着ねじ24は、各緩衝カバー22の周縁付近に配置される。図3は、蓋11を覆う上カバー22の一部を示している。複数の装着ねじ24は、周方向に並ぶように配置される。装着ねじ24の本数は、例えば、4本から12本である。複数の装着ねじ24は、蓋11に形成された複数のねじ穴26に直接ねじ込まれる。本発明の範囲内において、これらの装着ねじ24は、側部10のフェルール14に装着されてもよい。
図3から図6を参照しつつ、上カバー22の蓋11への装着を実現する手段についてより詳細に説明する。なお、以降の説明は、上カバー22の蓋11への装着に係るものであるが、下カバー22を底部9あるいは側部10に装着する場合にも同じ原理を適用可能である。
図3から図6に示された好適な実施形態において、上カバー22の装着は、蓋11の上面に対向するように配置された底部28を通じて行なわれる。底部28は、ワンピース構造とされてもよいし、複数の要素が組み付けられた構造とされてもよい。後者の場合が図3に示されている。底部28は、中央板30、装着リング32、および周縁リング34を備えている。中央板30は、縦軸6と同心のディスク形状を有している。装着リング32は、中央板30の周囲に配置されている。周縁リング34は、装着リング32の周囲に配置されている。これらの要素30、32、34は、好ましくは、溶接されて蓋11の上面に対向する底部28を形成する。
図3から判るように、底部28は、緩衝層40を支持している。緩衝層40は、例えば、木製である。
好ましくはスチール製の装着リング32は、周方向に配列された複数の装着部44と嵌合している。よって、図4から図6に示されたこれらの装着部44の各々は、装着リング32を等角度に分割し、対応する装着ねじ24の軸50と同心となるように形成されている。
各装着部44は、外側部52を備えている。外側部52は、装着リング32の厚み方向を通じて軸50を囲むように延びている。外側部52は、その中心に穴を区画している。穴は、軸50と同心である環状の連結部54に連なっている。連結部54は、孔の上端部に配置されている。連結部54の上面は、装着リング32の上面に連なっている。連結部54は、穴の径方向内側に延びている。連結部54の厚みは、装着リング32の厚みよりも薄い。連結部54に対する装着リング32の厚みの比は、5から35である。
連結部54は、その内側にジャケット56を支持している。ジャケット56は、軸50と同心であり、その内側に装着ねじ24用の貫通孔58を区画している。連結部54の位置は、ジャケット56の上端部でもある。連結部54の上面は、ジャケット56の上面に連なっている。ジャケット56の厚みは、装着リング32に厚みと同一である。
連結部54の下方には、溝60が形成されている。溝60は、軸50と同心とされている。溝60は、貫通穴58が開口している下面側に開口している。溝60は、装着リング32の下面を環状に切削することにより、容易に形成されうる。あるいは、図6aに示される別例のように、連結部54は、装着リング32の厚み方向中央に配置される。これにより、連結部54は、ジャケット56をその厚み方向中央部において支持する。この場合、連結部54の両側に、下溝60と上溝60’が延びている。
図6の実施形態に戻る。貫通穴58よりも径大の締結頭部64を有する装着ねじ24は、貫通穴58を挿通する。ワッシャ66は、締結頭部64と貫通穴58の間に介挿されうる。装着ねじ24の締め付けは、ワッシャ66を過剰な曲げ応力に曝さないように、通常程度でなされうる。
本発明の特徴の一つは、連結部54が装着部44の変形可能領域を形成していることにある。この領域は、緩衝カバー22に外部応力が加わった場合(例えば、装着ねじ24と貫通穴58の内面に接触歪みを引き起こす法定の自由落下試験の場合)において、装着ねじ24が剪断破壊しないように塑性変形するように構成されている。
したがって、図7に示されるようにパッケージ1がカバー22から落下した場合、矢印62で示される少なくとも一つの横方向成分を有する外部応力が、カバー22に加わる。カバー22には、横方向への変形やずれが生じうる。当該応力が非常に大きい場合には、貫通穴58の内面と装着ねじ24の間に接触やそれに伴う接触歪みが生じうる。
連結部54により形成される変形可能領域の塑性変形は、装着ねじ24の剪断に先んじるように設計されている。すなわち、衝撃が加わると、連結部54は、装着ねじ24により加えられる接触歪みによる塑性変形によって潰され、ジャケット56を貫通する。少なくとも法定の落下試験(具体的には9mの自由落下)時において経験的に得られた最大値に対応する接触歪みの強度値までは、変形可能領域の塑性変形により装着ねじ24が剪断破壊しないで済むことが好ましい。
連結部54の圧潰は、縦上方への変形が許容されはするものの、図8に示されるように、溝60内への縦下方の変形が主となる。図6aに示された例の場合、この縦方向への変形は、溝60、60’の双方へなされる。
しかしながら、この変形可能領域は、格納容器の通常稼動条件下(特に搬送中やハンドリング作業時)においては変形しない程度の剛性を有している。
図9に示される別実施形態においては、外側部52とジャケット56の連結は、周方向に等間隔で配列された複数の空隙を区画しつつ両者を接続する複数の枝状要素54’によりなされている。これらの枝状要素54’は、ジャケット56の高さ方向全体に亘って延びている。これらの枝状要素54’は、複数の中空部68により周方向に等間隔に離間されている。図9aから判るように、落下時には、横方向に延びている枝状要素54’が塑性変形する。
図10は、別実施形態を示している。当該実施形態においては、変形可能領域が全周に亘ってではなく、より小さい角度範囲に延びている。この限られた弧状領域70(例えば90度から180度)は、パッケージ1の外側に向かって湾曲しており、径方向72についてパッケージ1の縦軸および装着ねじ24の軸50と同心であり、同方向に延びている。この配置は、外部応力の横方向成分が径方向72を向く場合において有効な変形可能領域を提供する。
この弧状領域70において、変形可能領域は、図6に示した例のように連続的であってもよいし、図9に示した例のように複数の空隙を有してもよい。
次に、図11と図12を参照しつつ、別の好適な実施形態について説明する。当該実施形態においては、変形可能領域54は、穴の内壁より装着ねじ24に向かって径方向内側へ突出している環形状を常に呈している。変形可能領域54の内面は、貫通穴58の一部を区画している。軸50と同軸の凹部74は、装着リング32の下面において開口している。凹部74の内径は、変形可能領域54の内径よりも大きい。よって、貫通穴58は、肩部76により縦方向に分けられた二つの部分により形成されている。二つの部分とは、突出している変形可能領域54と、凹部74により形成される部分である。図12に示されるように、落下時には、変形可能領域54が縦方向に塑性変形可能である。
次に、図13と図14を参照しつつ、別の好適な実施形態について説明する。当該実施形態においては、先の実施形態の構成に加え、装着リング32の上面に開口するように、軸50と同軸の溝78が形成されている。この溝78は、凹部74よりも径方向外側において延びている。
溝78と凹部74は、両者の間に塑性変形可能部54を区画している。塑性変形可能部54は、径方向内側へ突出して貫通穴58の一部を区画している部分80を、装着部44の外側部52に接続している。
この場合、落下時における連結部54の変形は、溝78内と凹部74内の少なくとも一方においてなされる。
図11から図14に示された実施形態は、図10に示された例のように、限られた角度範囲内において変形可能な連結部を有しうることは勿論である。
非限定的な例を通じてこれまで説明された本発明に対して、当業者が様々な変形を行ないうることは勿論である。

Claims (11)

  1. 放射性物質を搬送や保管するためのパッケージ(1)であって、
    長手方向に延びるパッケージ本体(8)と、
    前記パッケージ本体(8)の両長手端部の少なくとも一方に装着される少なくとも一つの緩衝カバー(22)と、
    を備えており、
    前記緩衝カバー(22)は、前記パッケージ本体(8)に対する複数の装着部(44)を備えており、
    前記複数の装着部(44)の各々は、前記パッケージ本体(8)に対して螺合されるねじ要素(24)が挿通する貫通穴(58)を区画しており、
    前記複数の装着部(44)の少なくとも一つは、変形可能領域(54)を有しており、
    前記変形可能領域(54)は、前記ねじ要素(24)と前記貫通穴(58)の間に接触歪みを生ずる外部応力が前記緩衝カバー(22)に加わった場合に、塑性変形するように構成されている、
    パッケージ。
  2. 前記変形可能領域(54)は、前記ねじ要素(24)の周囲における弧状領域(70)を延びており、
    前記弧状領域(70)の少なくとも一部は、前記緩衝カバー(22)の外側に向かって湾曲している、
    請求項1に記載のパッケージ。
  3. 前記変形可能領域(54)は、前記弧状領域(70)において周方向に離間している複数の要素(54’)を有している、
    請求項2に記載のパッケージ。
  4. 前記変形可能領域(54)は、前記ねじ要素(24)が延びる方向について、前記貫通穴(58)の長さ寸法よりも小さな厚み寸法を有している、
    請求項1から3のいずれか一項に記載のパッケージ。
  5. 前記変形可能領域(54)は、スリットあるいは溝(60)を区画する形状を呈している、
    請求項4に記載のパッケージ。
  6. 前記スリットあるいは溝(60)は、前記貫通穴(58)が開口している面において開口している、
    請求項5に記載のパッケージ。
  7. 前記変形可能領域(54)は、前記貫通穴(58)を区画するジャケット(56)を内側に支持する環形状である、
    請求項6に記載のパッケージ。
  8. 前記変形可能領域(54)は、前記ねじ要素(24)の延びる方向に沿って径方向内側に突出し、前記貫通穴(58)の一部を区画している、
    請求項4に記載のパッケージ。
  9. 前記ねじ要素(24)は、前記貫通穴(58)よりも径大の締結頭部(64)を有している、
    請求項1から8のいずれか一項に記載のパッケージ。
  10. 前記複数の装着部(44)は、前記緩衝カバー(22)の底(28)と一体とされている、
    請求項1から9のいずれか一項に記載のパッケージ。
  11. 前記パッケージ本体(8)は、
    蓋(11)と、
    前記長手方向に前記蓋(11)と離間している底部(9)と、
    前記蓋(11)と前記底部(9)を接続している側部(10)と、
    を備えている、
    請求項1から10のいずれか一項に記載のパッケージ。
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